Wie Alnico-Magnete hergestellt werden

Alnico ist eine Legierung, die hauptsächlich aus einer Kombination von Aluminium, Nickel, Kobalt und Eisen sowie unterschiedlichen Anteilen von Kupfer, Titan und Niob besteht.

Die genaue chemische Zusammensetzung innerhalb der Alnico-Klasse hängt von der Alnico-Klasse ab. Ein Beispiel für die Zusammensetzung ist unten angegeben.

Typische Zusammensetzung einer Alnico-Legierung

Ein Beispiel für gesintertes Alnico 8 ist – 31,5 % Eisen, 36 % Kobalt, 13,5 % Nickel, 7,2 % Aluminium, 3,5 % Kupfer, 7,5 % Titan und 0,8 % Niob.

Alnico-Magnete können entweder durch Sintern oder durch die gängigeren Gussverfahren hergestellt werden. Die Alnico-Struktur ist eine stark magnetische Fe-Co-Stabmikrostruktur in einer schwach magnetischen Ni-Al-Matrix – die Formanisotropie der Stabform verleiht dem Alnico seine Koerzitivkraft.

GEGOSSENES ALNICO

Jede Alnico-Sorte hat ihre eigene Zusammensetzung von Elementen in unterschiedlichen Anteilen. Die Elemente für Alnico werden in einen Ofen gegeben (üblicherweise wird ein Induktionsofen verwendet) und bei 1750-1780 °C geschmolzen. Anfangs wird eine größere Menge Aluminium (Al) als erforderlich zugegeben, da ein Teil des Al im Laufe der Zeit durch das Schmelzen bei 680 °C verloren geht. Daher ist die Zeit, die während des Gießens benötigt wird, sehr wichtig, da sie das Ni:Al-Verhältnis beeinflusst.

Die geschmolzene Alnico-Legierung wird in Sandformen gegossen. Die Sandformen sind für die gewünschte Form des Magneten vorbereitet worden. Die Sandformen enthalten die für den Magneten vorgesehenen Volumen, die durch horizontale Rohre (Kufen) und vertikale Rohre (Steigrohre) miteinander verbunden sind. Wenn die geschmolzene Magnetlegierung in die Form gegossen wird, kann sie leicht die gesamte Luft verdrängen und alle Zwischenräume und Hohlräume ausfüllen (die Methode zur erfolgreichen Herstellung von Sandformen ist ein technischer Prozess). Da beim Gießen Gießkanäle und Speiser verwendet werden, ist die Ausbeute nicht 100 %. Die Sandform und das Gussteil werden schnell abgekühlt, um die Bildung einer zweiten Gamma-Phase zu vermeiden. Manchmal befinden sich am Boden der Formen spezielle Platten, so genannte „Chills“, die das Abkühlen unterstützen. Manchmal wird auch ein exothermer Sand verwendet. Der exotherme Sand sorgt für eine andere Abkühlungsgeschwindigkeit, und die „Chill“-Platte ermöglicht ein säulenförmiges oder halbsäulenförmiges Kristallwachstum, um Alnico-Qualitäten mit den höchsten Br-Werten herzustellen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit und auch die Oberflächenbeschaffenheit des Magneten werden durch die Menge des im Guss verwendeten Sandes, die Sandkorngröße und die Sandeigenschaften beeinflusst.

Nach dem Abkühlen des Magneten wird die Sandform abgebaut und die Magnete werden entnommen (der Sand wird recycelt; die Kufen und Speiser werden entfernt und recycelt). Ein Wärmebehandlungszyklus in Anwesenheit eines Magnetfelds entfernt unerwünschte zweite Phasen und verleiht den Magneten einige ihrer endgültigen Eigenschaften. Eine abschließende Temperung sorgt für die Temperaturkoeffizienten und die endgültigen magnetischen Eigenschaften (Verbesserung der Koerzitivfeldstärke Hc und Hci des Magneten). Die Phasen der Wärmebehandlung und des Anlassens können modifiziert werden, um die Sprödigkeit dieser Magnete zu verringern, doch ist dies sehr kostspielig.

Bei Bedarf werden die Magnete auf Fertigmaß geschliffen. Das gegossene Aussehen von Alnico hat eine dunkelgraue/schwarze Farbe mit einer aufgerauten Textur (die Textur stammt von der Sandform). Die maschinell bearbeitete Oberfläche hat eine glatte, helle Metallfarbe. Die Leistung des Magneten wird nicht beeinträchtigt, wenn die Nicht-Polflächen gegossen bleiben (dies ist billiger), obwohl einige Kunden aus ästhetischen Gründen alle Flächen bearbeitet haben möchten. Falls erforderlich, werden die Magnete vor dem Verpacken auch magnetisiert.

Gießen ist die einzige Methode zur Herstellung großer Alnico-Magnete. Magnete mit einem Gewicht von bis zu 30 kg, vielleicht sogar noch schwerer, können durch Gießen hergestellt werden. In gegossenen Alnico-Magneten können sehr kleine Lufteinschlüsse vorhanden sein – das ist völlig normal und schadet dem Magneten nicht.

GESINTERTES ALNICO

Gesintertes Alnico wird durch ein gepresstes Pulververfahren hergestellt. Die gewünschte Mischung von Metallpulvern wird in eine Form gepresst, die der gewünschten Endform sehr nahe kommt. Der so entstandene „grüne“ Magnet wird dann bei etwa 1260 Grad Celsius in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert, um das Pulver miteinander zu verschmelzen. Die Magnete sind strukturell stärker als gegossene Alnico-Magnete (es wird dennoch empfohlen, Magnete nicht in Anwendungen einzusetzen, in denen sie belastet werden, da sie sonst brechen). Obwohl das Sintern zu geringfügigen Formabweichungen von der „grünen“ Form führen kann, werden dennoch relativ enge Toleranzen erreicht, ohne dass eine weitere Bearbeitung/Schleifen erforderlich ist. Im Allgemeinen sind gesinterte Alnico-Magnete klein und wiegen in der Regel weniger als 30 Gramm. Das Verfahren zur Herstellung gesinterter Alnico-Magnete eignet sich für die Massenproduktion

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